Оценка экологического состояния городских водоемов по перифитону

2 Российский на циональный конкурс водных проектов старшеклассников Номинация : Прикладные исследования Оценка экологического состояния городских водоемов по перифитону Автор : Филатова Ольга Олеговна Научный руководитель: Соколова Г алина А лексеевна ,педагог дополнительного образо вания МОУ ДОД ДДТ»УСПЕХ» Астрахань 2011 1.Введение Под здоровьем среды принимается ее состояние (качество) , необх одимое для обеспечения здоровья человека и других видов живых существ. Биологическая оценка среды представляется приоритет ной, так как может показать именно состояние, самочувствие различных вид ов живых существ и самого человека.. Возникает необходимость в разработк е универсальной более удобной системы биологической оценки состояния экосистем и отдельных видов, пригодной и удобной для широкого использов ания с целью раннего определения любых изменений среды. На основании это го считаем главной задачей – мониторинг городских в одоемов . Работа построена на выяснении экологического состояния водоемов с помощью фитопланктона и зообентоса. 2 .Цели и задачи исследования Цель работы: Оценить стабильно сть развития фитопланктона и зообентоса в городских водоемах для опре деления их экологического состояния . Задачи: 1.Оценка экологич еского состояния городских водоемов с помощью перифи тона 2. Видовой состав перифитона городск их водоемов 3. Обзор литературы Мониторинг периф итона. Под перифитоном А.Л. Бенинг понимал население субстратов, вводимых в вод у человеком. Ранее Е Генштель предложил термин «обрастание» С.Н. Дуплако в расширил понятие перифитон и отождествил его с обрастанием. Перифитон характеризуется как сообщества, обитающие на твердом субстрате за пред елами придонного слоя воды. Сюда входят сообщества на макрофитах – высш ие водные растения, на камнях, корягах мелководья. В настоящее время оба т ермина перифитон и обрастание используются в сходном значении для обоз начения растения и животноо , обитающего в толще воды на живых и мертвых с убстратах. Перифитон, благодаря приуроченности к субстрату, играет перв остепенную роль при оценке качества воды, анализ перифитона может указы вать на ранее имевшее место ухудшения воды. В состав обрастания входят п редставители трех осноных функциональных групп: -автотрофные организмы – продуценты(водоросли) Гетеротрофные о р ганизмы – консументы (простейшие, коловратки, черви) - организмы – редуценты (бактерии и грибы) Основу обрастания составляют в основном микроскопические формы, для ко торых характерен высокий уровень метаболизма, коротк ий жизненный цикл и способность быстро реагировать н а изменения внешней среды. Менее заметную роль играют мшанки, губки, гриб ы, моллюски, из группы гидробионтов, которые колонизирую субстраты, как п равило, при наличии на них уже сформированной биопленки из микроорганиз мов. Наиболее показательным является значение перифитона, развивающегося н а субстратах в проточных и открытых местах водных объектов, где невозмо жны какие – либо случайные застои грязной воды. Организация наблюдений: в основном в летнее , осеннее время . 4 . Методика ис следования. Лучший ин дикатор опасных загрязнений - прибрежное обрастание, располагающиеся н а поверхностных предметах у кромки воды. В чистых водоемах эти обрастани я ярко-зеленого цвета или имеют буроватый оттенок. Для загрязненных водо емов характерны белые хлопьевидные образования. При избытке в воде орга нических веществ и повышения общей минерализации обрастания приобрета ют сине-зеленый цвет, так как состоят в основном из сине-зеленых водоросл ей. При плохой очистке фекально-бытовых сточных вод обрастания бывают бе лыми или сероватыми. Как правило, они состоят из прикрепленных инфузорий (сувойки, кархезиум и др.) Стоки с избытками сернистых соединений могут со провождаться хлопьевидными налетами нитчатых серобактерий-теотриксо в. Методика отбора проб с перифитона с естественных субстратов При исследовании перифитона важна информация о внеш них, ярко выраженных морфологических признаках: 1. Р азнообразие и характер обростов: цвет, мощность, р аспределение, признаки угнетения . Эти характеристики свидетельствуют о благоприятном для развития периф итонных сообществ состоянии абиотической среды или указывают на ее неб лагоприятные свойства. 2.Обязательно дать характеристику воды. 3.Цвет, мутность, характер взвеси, запах. 4.Признаки загрязнения поверхности воды, в толще массы воды в точке отбор а проб. Все занести в полевой журнал. 5.Сведения о погоде., природных явлениях, которые могли повлиять на гидрол огическую обстановку, вызвать изменения гидрохимических и гидробиоло гических показателей, затруднить отбор проб обрастаний или их визуальн ое описание ( ветер, изменение уровня воды, ливни, заморозки) Стандартные термины для обследуемого водосбора 1. Тип обрастаний: налет, пленка, слой, корка, нарост, бахр ома, пряди, космы нитчатых водорослей 2. Характер обрастаний : слизистый, рыхлый, плотный, ватообразный, изветков ый, губкообразный, нежные, грубые, слабые, толстые, тонкие 3. Цвет обростов 4. Геометрия распределения: гетерогенное мозаичное, равномерное, однооб разное, в прибрежье, на глубине, в проточных, застойных зонах. 5.Проективное покрытие каждого обрастания в процентах от общей площади с убстратов. Для этого на определенной, хорошо просматриваемой акватории водного объекта(10 м І) осматриваютс я и отмечаются типы обрастаний на характерных субстратах и по глазомерн ой шкале оценивается их распространенность в баллах в зависимости от за нимаемой площади. Р аспространенность в баллах 1 3 3 5 7 9 Занимаемая площадь в% < 1 1-3 3-10 10-20 20-40 40-100 Эти сведения занести в полевой журнал для оценки динамики изменений био ценозов перифитона. 6. Субстраты для сбора перифитона: камни, бетонные плиты( не использовать д ревесину) 7. Отбор обростов с поверхности твердых предметов производят с помощью н ожа, скальпеля, скребка, пинцета, столовой ложки с заточенным концом, зубн ой щеткой 8. Пробы помещают в широкогорлую банку с водой .Приблизительное количество каждого типа об роста в общей пробе должно быть пропорционально его распространенност и в месте отбора, определенной по глазомерной шкале. Описания биотоп ов. Биотоп № 1 представлял собой искусственный канал Красная Набережная . Координаты сбора точек 46.3303 с. ш.; 48.1022 в. д. Доминирующими в одными растениями были тростники и рдесты. В канале были отмечены озерные лягушки и пла вающие утки, залетающие с реки Волга чайки. Вода мутная , цвета хаки, прозрачность 50см,течение практически нет. Биотоп № 2 располагался на прибрежной части реки Волга. Удаление от берега 2 метра. В данном месте была относительно большая глубина. В самом водоеме росли рдесты, по берегам аир болотный, камыш. Нес колько поодаль – сусак и кусты И в ы белой . В окрестно стях биотопа № 2 были замечены чайки и утка. На поверхно сти водоема и на прибрежной растительности были заметны тонкие слизист ые пленки зеленого цвета (т. е. имело место цветение воды). Вода прозрачная до5метров, цвет голубой, запах реки, течение 6м\м ин Биотоп № 3 представлял собой мелков одную северо -восточную часть реки В олга в районе села Растопуловка. Глу бина обычно не превышала 20 см. Водная поверхность местами была затянута р яской. Кроме ряски очень густо роли хвощ полевой, камыш и рдест ы, валлиснерия, сальвиния. Течение слабое, вод а прозрачная до2метров, запах речной . Суммирование состояния ор ганизмов разных видов позволит получить хар актеристику состояния экосистемы в целом с биологической точки зрения. Главным при морфогенетическом подх оде является характеристика стабильности разв ития ж ивых существ. При стрессовых ситуациях эти отклонения неспецифичн о возрастают. Оценка последствий антропогенного воздействия предполаг ает сравнение модельных площадок выделенных на территориях с разной ст епенью антропогенного воздействия, путем сравнения выборок с одной и той же площадки, собранных в р азное время для выявления возможного ухудшения или улу чш ения состояния организма Д ля исследования выбраны водоемы города, это искусственный канал Крас ная Набережная и прибрежная часть реки Волга. На данном этапе исследован фитопланктонный состав этих биотопов. Обработка материала В лаборатории АГУ материал, отоб ранный с естественных субстратов, либо стекла , поместили в чашку Петри т ак, чтобы материал был покрыт водой и просматривали под бинокуляром , а при помощи цифровой насадки сделали снимки. . Методом прямого счета организмов на стекле под микроскопом по лучили данные о структуре сообществ. Крупные организмы просчитывали во всей пробе. Затем оброст тщательно смывали кисточкой в воду определенного объема. Подвижные мелкие органи змы ( простейшие, коловратки) считали в камере Богорова. Для количественного учета водорослей взвесь смытого в воду определен ного объема оброста тщательно перемешали и взяли нес колько миллилитров для последующего подсчета. Подсчет производили в сч етной камере Горяева. Камеру закрыли покровным стеклом и произвели опр еделение и подсчет всех встреченных водорослей. Из каждой пробы просчит ывается 3 камеры Горяева с последующим определением среднего арифметич еского. Просчет в камере ведем последовательно, используя содержимое по лос. За счетную единицу принимается клетка. Подсчитываем количество кле ток каждого вида водорослей и отмечаем в карточке с помощью точек. Фитоп ланктон просчитываем при объективе с 40-кратным увеличением и окуляре 10-16 – кратным увеличением. Пересчет общей численности производим по формуле: N = n * V 1\ V 2* W Где N – чи сло клеток в 1 см і воды, n – число клеток в камере Го ряева объемом 1 мм і, V 1- объем концентрата пробы, V 2 – объем камеры, W - объем профильтрованной в оды. Численность водорослей N подсчитывают по формуле: N = V 1* n \ V 2* S V 1 – объем воды со взвесью об роста, V 2 – объем просмотренной ча сти пробы, в которой обнаружено n клеток водорослей, S – площадь субстрата проб ы. 5. Результаты исследования Биологические методы оценки — это характеристика состояния водной экосистемы по растительному и животному населению во доема. Любая водная экосистема, находясь в равновесии с факторами внешне й среды, имеет сложную систему подвижных биологических связей, которые н арушаются под воздействием антропогенных факторов. Прежде всего, влиян ие антропогенных факторов, и в частности, загрязнения, отражается на вид овом составе водных сообществ и соотношении численности слагающих их в идов. Биологический метод оценки состояния водоема позволяет решить за дачи, разрешение которых с помощью гидрофизических и гидрохимических м етодов невозможно. Рекогносцировочная оценка степени загрязнения водо ема по составу гидробионтов позволяет быстро установить его санитарно е состояние, определить степень и характер загрязнения и пути его распро странения в водоеме, а также дать количественную характеристику протек ания процессов естественного самоочищения. Для биоиндикационных иссле дований часто используется планктонные и бентосные организмы. Планкто н — совокупность гидробионтов, не способных активно передвигаться или медленно передвигающихся, но не противостоящих токам воды. Фитопланкто н (растительные планктонные формы) — важнейший компонент водных систем , активно участвует в формировании качества воды и является чутким показ ателем состояния водных экосистем и водоема в целом. При сбросе в водоем токсических веществ, содержащихся в промышленных сточных водах, происх одит угнетение и обеднение фитопланктона. При обогащении водоемов биог енными веществами, содержащимися, например, в бытовых стоках, значительн о повышается продуктивность фитопланктона. При перегрузке водоемов би огенами возникает бурное развитие планктонных водорослей, окрашивающи х воду в зеленый, сине-зеленый, золотистый, бурый или красный цвета («цвете ние» воды). «Цветение» воды наступает при наличии благоприятных внешних условий для развития о дного, редко двух-трех видов, что мы и наблюдаем в канале Красной Набережной(2 вида ). При разложении избыточной биомассы, выделяется сероводород или другие ток сичные вещества. Это может приводить к гибели зооценозов водоема и делае т воду непригодной для питья. Многие планктонные водоросли в процессе жи знедеятельности нередко выделяют токсичные вещества. Увеличение в вод оемах содержания биогенных веществ в результате хозяйственной деятель ности человека, сопровождаемые чрезмерным развитием фитопланктона, на зывают антропогенным эвтрофированием водоемов . Поэтому целью данной работы стала предварительная би оиндикационная оценка экологического состояния гор одских водоемов и водотоков. Основные площадки для многолетне го мониторинга за состоянием водоемов города заложили в разных райо нах Астрахани , ка к наиболее подверженных промышленным загрязнениям, так и в разной степе ни удаленных от их прямого воздейст вия. Для определения показателя экологи ческого состояния водоемов материал был собран в районе реки Волга , протекающей через город , где растительность менее затронута негативными процессами характерными для города , где интенсивное движение автотранспорта, и промышленные предприятия. . По розе ветров все выхло пные газы города смещаются в западном направлении. Площадки, взятые для исследования в районе р еки Волга также являются контрольными для оценки сост ояния городской среды , хотя и протекает река Волга посередине города. Всего было встречено 20 видов микроводорослей из 16 родов (см. табл . 1, рис. 1). Обнаруженные водоросли относятся к 6 отделам: диатомовые, зеленые, сине-зеленые, золотистые, эвгленовые и криптомонадовые. По числу видов п реобладали диато мовые водоросли ( , н о обильнее были зеленые водоросли (см. рис. 2). Рис. 1. Разнообразие обнаруженных микроводорослей. (при ложение) Среди экологических групп водорослей преобладал планктон, как по встре чаемости, так и по обилию (табл. 1). Часто встречающиеся виды практически со впадали с фоновыми (наиболее обильными). Единственным исключением стал Scenedesmus bijugatus , обнаруженный в двух биотопах , но не обильно (в обоих случаях единичные находки). Остальные виды – Cryptomonas erosa , Gyrosigma scalproides, Oscillatoria agardhii и Euglena geniculata – встречавши еся в обоих водоемах были фоновыми (обильными). Один из фоновых видов – Nodularia spumigena была найдена лиш ь в биотопе № 2 (река Волга) , но при этом вызывала в нем цветение воды и прибрежной поло сы растительности. Фоновые (как и часто встречающиеся) виды относились к совершенно разным систематическим и экологическим группам (общие особ енности, которыми можно было бы объяснить их обилие, найти не удалось). Одн ако при этом их объединяли трофические приуроченности. Почти все фоновы е виды были с эвтрофами или сапробионтами, т. е. водорослями, которые могут расти в загрязненных водоемах и использовать для своего роста органиче ские соединения антропогенного происхождения. Кроме видов-индикаторов антропогенного эвтрофирования водоемов также были отмечены многие эв рибионтные виды. Правда стоит отметить , что общая числ енность микроводорослей, в том числе и биоиндикаторо в была довольно низкой: среднее обилие редко превышало 10% (табл. 1). Редко встречающимися видами были Amphora perpusilla, Cosmarium cucumis, Fragilaria crotonensis, Gonium sociale, Nephrocitium obesum и Tribonema aequale (табл. 1). Эти виды относились к диатомовым, зеленым и золо тистым водорослям (как к планктону, так и бентосу). Некоторые из названных видов являются индикаторами относительной чистоты водоемов. Например, Tribonema aequale , как и многие другие золотистые водоросли чаще всего встречаются в чистых водоемах. Обычно она развива ются в холодное время года, поэтому ее низкое обилие может говорить как о загрязнение, так и о неблагоприятном температурном режиме. По литератур ным данным известно, что в жаркие и сухие года численность микроводорослей может быть низкой. Возможно из-за погодных условий текущего года (в том числе очень теплой весны) мы наблюд али низкое обилие микроводорослей. Табл. 1. Особенност и экологии встреченных видов микроводорослей (Прилож ение) В реке Волга (биотоп № 2) встречалось п очти в 2 раза больше видо в водорослей, чем в городском к анале (биотоп № 1), причем они были более обильны. Соотнош ение систематических групп в обоих водоемах было одинаковым (та бл. 1). Однако при этом в Волге было отмечено несколько большее разнообразие бентосных форм (особенно диатомовых водорослей). Если в город ском канале было всего 25% бен тосных форм, то в Волг е почти 50%. Скорее всего это было так из-за более м ощной водной растительности в Волге – он а необходима для прикрепления бентосных эпифитов. Видовой состав обсле дованных биотопов очень сильно отличался: в городском канале и реке Волга было всего лишь 3 общих вида. Сходст во биотопов по формуле Чекановского-Сьеренсена составляло 26% (между биот опами №№ 1 и 2) и 12,5% (между биотопами №№ 2 и 3). Данные цифры показывают, что микроз ональные условия для водорослей играют б о льшую роль , чем биотопические: городской кан ал и река Волга были больше сходны между собой, чем раз личные участки реки Волга. Дело в том, что глубина канала в биотопе был а очень маленькой, а, кроме того, поверхность водоема была затянуто ряско й, что для водорослей было очень неблагоприятно – отмечен всего один ви д ( Scenedesmus bijugatus ), да и то единично. Река Волга значительно менее эвтрофизирова н а – об этом говорит характер водной и о коловодной растительности, отсутствие цветения воды – именно поэтому в биотопе № 1 видовой состав и обилие микроводорослей было ниже, чем в реке Волга. Именно по этой причине в обои х водоемах было так мало общих видов. С анитарное сос тояние реки Волга на момент проведения исследования м ожно признать удовлетворительным: по числу видов в нем преобладают олиг отрофные, мезотрофные и эврибионтные виды, доля эвтрофов – невелика. Оп асение вызывает тот факт, что эвтрофные виды – обильнее. Кроме того, сред и доминирующих видов много диатомовых. Массовое развитие некоторых диа томовых водорослей может иметь отрицательные последствия (они влияют н а качество воды, вызывают гибель личинок рыб, забивая им жабры). То же можн о сказать и о представителе криптофитовых водорослей – Cryptomonas erosa . Как фотосинтезирующие, так и бесцветны е криптомонадовые наиболее часто встречаются в загнивающей вод е. Если лето будет сухим, и река сильно обм елеет, то этот вид может вызвать цветение воды. Также цветение воды может быть вызвано бурным развитием сине-зеленых водорослей ( Oscillatoria agardhii , O . chlorina ). Представители данного рода – х ороший индикатор опасного загрязнения воды органическими соединениям и. При избытке в воде органических веществ и повышения общей минерализац ии обрастания приобретают сине-зеленый цвет, так как состоят в основном из сине-зеленых водорослей. При этом в тех же условиях растет Tribonema aequale – индикатор чистоты воды. Мозаичный ха рактер встречаемости биоиндикаторов говорит о том, что в водоеме происх одят разнонаправленные процессы: с одной стороны загрязнение (может быт ь в результате весеннего стока), с другой – самоочищение (об этом говорит присутствие золотистых водорослей). Сани тарная ситуа ция в городском канале хуже. Nodularia spumigena взывает цветение самого водоема, а также литоральной з оны почв и прибрежной растительности. Можно выделить несколько возможн ых причин: отсутствие течения , боле е высокая антропогенная нагрузка, отличия гидрологического режима. 6 . Выводы Мониторинговые исследования в большей степени укажу т на зоны загрязнения и необходимости очистки для восстановления водоемов. Свои рекомендации мы отправили в администрацию города и в отде л по охране окружающей среды. Результаты своего исследования поместили в школьную газету , предложили учителю биологии использовать наши данны е, как пример мониторинга окружающей среды. Выпустили листовку о сохране нии водоемов в городе, как защиты от загрязнения среды города. Участвовали с данным материалом в городском экологическом слете , экологических ме роприятиях по очистке водоемов , в научно-исследовательских конфере нциях. 1. В водоемах города встреч ается не менее 20 видов микроводорослей. 2. Обилие микроводорослей в реке Волга довольно высокое, как по видовому разнообразию , так и по количеству . 3. В водоемах часто встречавшиеся и фон овые виды являются эвтрофами или сапробионтами. 4. Среди микроводорослей в области исс ледования преобладают планктонные формы. 5. Микрозональные условия для водорос лей играют б о льшую роль, чем биотоп ические. 6. Санитарное состояние реки Волга удовлетворительное, менее эвтрофизи рован по сравнению с каналом Красной Н абережной, в настоящий момент в водоеме происходят разнонапра вленные процессы (загрязнения и самоочищения). 7. Литература. 1. Великанов Л. Л., Гарибова Л. В., Горбунова Н. П., Горленко М. В. и др., 1981. Низшие растения (учебник) — М: Высшая школа, 477 с. 2. Губанов И. А., Киселева К. В., Новиков В. С., Тихомиров В. Н., 1995. Определитель сосудистых растений центра Европейской Р оссии. — М.: Аргус, 560 с. 3. Гусев М. В., Минеева Л. А., 1992. Микробиологи я. — М: МГУ, 448 с. 4. Дунаев Е. А., 1999. Деревянистые растения П одмосковья в осенне-зимний период. Методы экологических исследований. — М.: МосгорСЮН, с. 4 – 98. 5. Дьяков, Ю. Т. (2000) Введение в альгологию и микологию. Учебник. Издательство Московского университета. 6. Курсанов Л. И. (ред.), 1953а. Определитель ни зших растений. Том 1. Водоросли. М: Советская наука. 396 с. 7. Курсанов Л. И. (ред.), 1953б. Определитель ни зших растений. Том 2. Водоросли. М: Советская наука. 312 с.

Приложенные файлы

  • rtf cokol39
    Соколова Г.А
    Размер файла: 174 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий